DE69434877T2

DE69434877T2 - Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69434877T2
Application number: DE69434877T
Authority: DE
Inventors: c/o Fujitsu Limited Akira Kawasaki-shi Nagahara; c/o Fujitsu Limited Sachio Kawasaki-shi Sasaki; c/o Fujitsu Limited Mitsuhito Kawasaki-shi Furukawa; c/o Fujitsu Limited Shibenobu Kawasaki-shi Utaka; c/o Fujitsu Limited Yoshio Kawasaki-shi Yamaguchi; c/o Fujitsu Limited Mitsuru Kawasaki-shi Sato; c/o Fujitsu Limited Nobuo Kawasaki-shi Kuwabara; c/o Fujitsu Limited Haruyasu Kawasaki-shi Watanabe; c/o Fujitsu Isotec Limited Takefumi Tokyo Takahashi
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: EP0649073A2; CN1050676C; US5678143A; US5778285A; EP0649073B1; EP0649073A3; DE69434877D1; CN1115435A; JPH07114311A; KR0137091B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bildformende Vorrichtung, die restliche Toner von dem Latentbildträger in einer Entwicklungseinheit sammelt.
In Bildaufzeichnungsvorrichtungen, wie zum Beispiel einer Kopiermaschine, einem Drucker und einer Faxmaschine, wird aufgrund der Popularität des Aufzeichnens von Bildern auf normalen Papierblättern eine ein latentes Bild formende Vorrichtung, wie zum Beispiel eine elektrofotografische Vorrichtung verwendet. Eine derartige bildformende Vorrichtung bildet auf einer lichtempfindlichen Trommel oder dergleichen ein elektrostatisches latentes Bild. Anschließend wird das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel mit einem Pulverentwickler entwickelt, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Das entwickelte Bild auf der lichtempfindlichen Trommel wird dann auf ein Blatt übertragen, das dann seinerseits von der lichtempfindlichen Trommel getrennt wird. Hiernach wird das entwickelte Bild auf dem Blatt fixiert.
Der Wirkungsgrad der Übertragung des Entwicklers auf ein Blatt ist nicht 100%, und manche Toner (Entwickler) verbleiben dann auf der lichtempfindlichen Trommel. Daher sollte eine Reinigung von restlichen Tonern erfolgen. Deshalb wird eine Reinigungseinrichtung vorgesehen, um die restlichen Toner zu entfernen. Dieser Vorgang des Entfernens restlicher Toner erfordert einen Mechanismus zum Aufbewahren der restlichen Toner, wodurch die bildformende Vorrichtung unweigerlich vergrößert wird. Da die von der Reinigungseinrichtung gesammelten Toner nicht zum Drucken beitragen, ist dieser Vorgang nicht wirtschaftlich. Ferner entsteht auch beim Wegwerfen der Toner ein Umweltproblem. In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, einen bildformenden Vorgang zu entwickeln und anzuwenden, bei dem Toner weder verschwendet noch weggeworfen werden.
31 ist ein erläuterndes Schema des Standes der Technik.
Eine solche bildformende Vorrichtung wird unten als ein elektrofotografischer Drucker beschrieben. Nachdem, wie in 31 gezeigt, eine Voraufladevorrichtung 91 die Oberfläche einer lichtempfindlichen Trommel 90 gleichmäßig auflädt, belichtet eine Belichtungseinheit 92 die lichtempfindliche Trommel 90 mit einem Lichtbild zum Ausbilden eines elektrostatischen latenten Bilds auf dieser. Eine Entwicklungseinheit 93 ist vorgesehen, um das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 90 zu entwickeln. Diese Entwicklungseinheit 93 liefert einen Pulverentwickler (z.B. magnetische Ein-Komponent-Toner oder einen Zwei-Komponenten-Entwickler) an die lichtempfindliche Trommel 90 zum Entwickeln des elektrostatischen latenten Bilds.
Eine Übertragungseinheit 94 überträgt das auf der lichtempfindlichen Trommel 90 entwickelte Bild auf ein Blatt, das von einer nicht gezeigten Papierkassette zugeführt wurde. Das das übertragene Bild tragende Blatt wird an eine Fixiereinheit 96 weitergeleitet, wo das entwickelte Bild auf dem Blatt fixiert wird. Die auf der lichtempfindlichen Trommel 90 verbleibenden Toner werden nach der Bildübertragung von einer Verteilungsbürste 95 auf die ganze Trommel 90 verteilt.
Bei diesem Aufzeichnungsvorgang werden die restlichen Toner nach der Bildübertragung von der (gleichmäßigen) Verteilungsbürste 95 auf der lichtempfindlichen Trommel 90 verteilt. Hiernach wird die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 90 mit den daran anhaftenden Tonern von der Korona-Aufladeeinrichtung 91 gleichmäßig aufgeladen, wird das Belichten mit dem Bild von der Belichtungseinheit 92 durchgeführt und werden die restlichen Toner gleichzeitig damit gesammelt, dass das Bildentwickeln in der Entwicklungseinheit 93 durchgeführt wird.
Die Verteilungsbürste 95 verteilt die lokal konzentrierten Toner, um die Tonermenge pro Flächeneinheit zu verringern, so dass das Tonersammeln durch die Entwicklungseinheit 93 leichter wird. Ferner unterdrückt die Bürste 95 den Effekt der Filterung des Ionenschauers der Korona-Aufladeeinrichtung 91 durch die Toner und liefert ein gleichmäßig aufgeladenes Potential. Außerdem wird auch der Bildfilterungseffekt durch die Toner im Bildbelichtungsvorgang unterdrückt, um die lichtempfindliche Trommel 90 entsprechend mit einem Lichtbild zu belichten.
Der entscheidende Punkt bei diesem Aufzeichnungsvorgang besteht darin, die Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 90 zur gleichen Zeit zu sammeln, in der der Entwicklungsvorgang ausgeführt wird. Dies wird weiter unten anhand des Falles weiter erörtert, bei dem die lichtempfindliche Trommel und die Toner beide negativ geladen werden. Das Oberflächenpotential der lichtempfindlichen Trommel 90 wird von der Aufladeeinrichtung 91 auf –500 bis –1000 Volt gebracht. Der belichtete Teil der lichtempfindlichen Trommel 90, dessen Potential durch die Bildbelichtung abgefallen ist, hat dann ein verringertes Potential von 0 bis minus mehrere zehn Volt, wodurch ein elektrostatisches latentes Bild geformt wird. Zur Zeit des Entwickelns des latenten Bilds wird eine Entwicklungsvorspannung (z.B. –300 Volt), die fast in der Mitte des Oberflächenpotentials und des Potentials des latenten Bilds ist, an die Entwicklungswalzen der Entwicklungseinheit 93 angelegt.
Beim Entwicklungsvorgang werden die auf den Entwicklungswalzen anhaftenden negativ geladenen Toner durch ein elektrisches Feld, das durch die Entwicklungsvorspannung und das Potential des latenten Bilds erzeugt wird, an das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 90 angehaftet. Im reinigungseinrichtungslosen Vorgang werden die restlichen Toner nach der Bildübertragung, die über die lichtempfindliche Trommel 90 im gleichmäßigen Verteilungsvorgang durch die Verteilungsbürste 95 verteilt wurden, aufgrund des elektrischen Felds, das vom Oberflächenpotential und vom Potential des latenten Bilds erzeugt wurde, durch die Entwicklungswalzen von der lichtempfindlichen Trommel 90 aufgesammelt.
In einem derartigen reinigungseinrichtungslosen Vorgang führt die herkömmliche Verteilungsbürste lediglich ein mechanisches Fegen der lichtempfindlichen Trommel aus, um die restlichen Toner zu verteilen, so dass es schwierig ist, Toner ausreichend zu verteilen, die lokal konzentriert sind. Außerdem wird eine getrennte Entelektrifizierungslampe benötigt, um die restlichen Ladungen der lichtempfindlichen Trommel zu beseitigen.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bildformende Vorrichtung vorzusehen, welche die restlichen Toner ausreichend verteilt, um das Sammeln der restlichen Toner in einer Entwicklungseinheit zu erleichtern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bildformende Vorrichtung zu schaffen, welche die restlichen Toner verteilt und restliche Ladungen entelektrifiziert.
In der US 5146285 (übertragen an Toshiba) sind verschiedene Arten von "Unordnungseinrichtungen" zum Verteilen von Toner offenbart. 9 dieses Patents zeigt eine leitende Schaumwalze mit einer schraubenförmigen Nut, doch ist eine Walze dieser Art für das Verstopfen anfällig.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine bildformende Vorrichtung zum Formen eines Bilds auf einem Blatt einen rotierenden, endlosen Latentbildträger, eine Bildformungseinrichtung zum Formen eines elektrostatischen latenten Bildes auf dem Latentbildträger, eine Entwicklungseinrichtung zum Entwickeln des elektrostatischen latenten Bildes auf dem Latentbildträger mit einem Pulverentwickler und zum gleichzeitigen Sammeln restlichen Toners auf dem Latentbildträger, eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen des auf dem Latentbildträger entwickelten Bildes auf ein Blatt sowie eine Verteilungsrolle, die eine aus einem Schaumelement hergestellte leitende Rolle ist, zum Verteilen restlichen Toners auf dem Latentbildträger, wenn in Kontakt mit dem Latentbildträger nach der Bildübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle auf ihrer Oberfläche unabhängige Schaumperforationen zum Fegen der restlichen Toner von dem Latentbildträger hat.
Durch Versehen der Walze mit unabhängigen Schaumperforationen wird die Verteilungswalze zum Erhöhen der mechanischen Verteilungskraft im Vergleich mit einer Verteilungsbürste verwendet. Auf diese Weise werden die restlichen Toner, die mit mechanischen Mitteln schwierig zu bewegen sind, in entsprechender Weise über den Latentbildträger verteilt. Es ist daher möglich, eine Konzentration restlicher Toner zu verhindern und das Sammeln der restlichen Toner in der Entwicklungseinheit zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist auch eine Spannungsversorgungseinrichtung zum Liefern einer Wechselspannung an das Verteilungselement vorgesehen. Gemäß diesem Merkmal werden durch Anlegen einer Wechselspannung an das Verteilungselement die restlichen Toner auf dem Latentbildträger vorwärts und rückwärts bewegt. Das bedeutet, dass die restlichen Toner, die durch mechanische Mittel allein schwierig zu bewegen sind, vom Latentbildträger getrennt und dann wieder auf diesem aufgebracht werden, so dass diese Toner entsprechend über den Latentbildträger verteilt werden. Es ist daher möglich, die Konzentration restlicher Toner zu verhindern und das Sammeln der restlichen Toner in der Entwicklungseinheit zu erleichtern. Außerdem ist es möglich, durch die angelegte Wechselspannung die restlichen Ladungen auf dem Latentbildträger zu entelektrifizieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen klar ersichtlich.
Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Beschreibung integriert sind und davon einen Teil ausmachen, veranschaulichen eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Prinzipien.
Die 1A und 1B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Aufbauschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung, welche die Vorrichtung von 2 in einer waagrechten Position zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, welche die Vorrichtung von 2 in einer aufrechten Position zeigt;
5 ist ein Aufbauschema einer Entwicklungseinheit von 2;
6 ist ein Schnitt durch die wesentlichen Teile der Entwicklungseinheit von 5;
7 ist eine schematische Darstellung, welche die Entwicklungseinheit von 5 in einer aufrechten Position zeigt;
Die 8A und 8B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs der Entwicklungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Kurvendarstellung für den bildformenden Betrieb der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Aufbauschema von wesentlichen Teilen eines Druckmechanismus der Vorrichtung von 2;
11 ist eine erläuternde schematische Betriebsdarstellung eines elektrischen Wechselfeldes, das von einer in 10 gezeigten Verteilungswalze erzeugt wird;
12 ist eine Kurvendarstellung, welche das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Verteilungswalze von 10 zu derjenigen einer lichtempfindlichen Trommel zeigt;
13 ist eine Kurvendarstellung, welche den Entelektrifizierungseffekt der Verteilungswalze von 10 zeigt;
14 ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld zeigt, das von der in 10 gezeigten Verteilungswalze bei einer normalen Temperatur erzeugt wird;
15A ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld zeigt, das von der in 10 dargestellten Verteilungswalze bei einer niedrigen Temperatur und einer niedrigen Luftfeuchtigkeit erzeugt wird;
15B ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld zeigt, das von der in 10 dargestellten Verteilungswalze bei einer hohen Temperatur und einer hohen Luftfeuchtigkeit erzeugt wird;
25 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungsabschnitts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 ist ein Zeitdiagramm einer Spannungsanlegesequenz von 25;
27 ist ein Zeitdiagramm einer weiteren Spannungsanlegesequenz von 25;
28 ist ein erläuterndes Schema einer Papierstauerholungssequenz von 25;
29 ist ein erläuterndes Schema einer Sequenz zu dem Zeitpunkt, da eine Tonerkassette ausgetauscht wird;
30 ist ein Fließdiagramm für die Tonerkassettenaustauschsequenz von 29; und
31 ist eine erläuternde schematische Darstellung des Standes der Technik.
Die 1A und 1B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1A gezeigt, sind eine Voraufladeeinrichtung 21, eine Belichtungseinheit 22, eine Entwicklungseinheit 23 sowie eine Übertragungseinheit 26 um eine lichtempfindliche Trommel 20 herum angeordnet. Eine Verteilungswalze 28 ist zwischen der Übertragungseinheit 26 und der Voraufladeeinrichtung 21 angeordnet. Diese Verteilungswalze 28 rotiert in der entgegengesetzten Richtung zur Rotationsrichtung der lichtempfindlichen Trommel 20, um die restlichen Toner auf der Trommel 20 zu verteilen.
Eine Wechselspannungsversorgung 29 ist an die Verteilungswalzen 28 angeschlossen. Wenn von der Wechselspannungsversorgung 29 eine Wechselspannung an die Verteilungswalze 28 angelegt wird, dann werden die restlichen Toner auf der lichtempfindlichen Trommel elektrisch vor- und verteilt, wodurch der Tonerverteilungseffekt des Verteilungselements 28 verbessert wird. Ferner entelektrifiziert das von der angelegten Wechselspannung erzeugte elektrische Wechselfeld die lichtempfindliche Trommel 20.
2 ist ein Aufbauschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 ist eine schematische Darstellung, welche die Vorrichtung von 2 in einer waagrechten Position zeigt, und 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Vorrichtung von 2 in einer aufrechten Position zeigt. Die schematischen Darstellungen veranschaulichen einen elektrofotografischen Drucker.
Gemäß 2 ist eine lichtempfindliche Trommel 20 eine Aluminiumtrommel, auf der ein funktionell getrennter organischer lichtempfindlicher Körper mit einer Dicke von ungefähr 20 μm aufgebracht ist. Diese lichtempfindliche Trommel 1 hat einen Außendurchmesser von 24 mm und rotiert mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 25 mm/s gegen den Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil angezeigt. Eine Voraufladungseinrichtung 21 ist eine kontaktlose Aufladungseinrichtung, die aus einem Scolotron besteht. Diese Voraufladungseinrichtung 21 lädt die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 20 gleichmäßig auf –650 V auf.
Eine optische Einheit 22 belichtet die lichtempfindliche Trommel 20 mit einem Lichtbild zum Formen eines elektrostatischen latenten Bilds. Die hier verwendete optische Einheit 22 ist ein optisches Leuchtdiodensystem, bei dem ein Leuchtdiodenfeld mit einem selbstfokussierenden Feld kombiniert ist. Diese optische Einheit 22 belichtet die lichtempfindliche Trommel 20 mit dem Lichtbild gemäß einem Lichtmuster zum Formen eines elektrostatischen latenten Bilds. Das Potential des latenten Bildteils ist hier bei –50 bis –100 Volt.
Eine Belichtungseinheit 23 liefert einen Entwickler, der aus einem magnetischen Träger und magnetischen Tonern besteht, an das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 20 zum Liefern eines sichtbaren Tonerbilds. Diese Entwicklungseinheit 23 wird später anhand von 5 und nachfolgender Zeichnungen erörtert. Entwicklungswalzen 24 fördern einen Entwickler an die lichtempfindliche Trommel 20. Eine Tonerkassette 25, die mit magnetischen Tonern gefüllt ist, ist entfernbar an der Entwicklungseinheit 23 angebracht. Die Tonerkassette 25 ist austauschbar, wenn der Toner leer ist, um weiter magnetische Toner an die Entwicklungseinheit 23 zu liefern.
Eine Übertragungseinheit 26 besteht aus einer Korona-Entladungseinrichtung. Diese Übertragungseinheit 26 überträgt das auf der lichtempfindlichen Trommel 20 vorhandene Tonerbild elektrostatisch auf ein Blatt. Eine Spannung von +3 KV bis +10 KV wird von einer Leistungsversorgung an einen Koronadraht angelegt, so dass elektrische Ladungen durch Koronaentladungen erzeugt werden. Die Rückseite des Blattes wird mit elektrischen Ladungen derart geladen, dass das Tonerbild auf der lichtempfindlichen Trommel 20 auf Blatt P übertragen wird. Hierbei ist es wünschenswert, dass diese Leistungsversorgung eine Konstantstromquelle ist, die in konstanter Weise Ladungen an das Blatt anlegt, um dadurch eine Beeinträchtigung des Übertragungswirkungsgrads aufgrund von Umwelteinflüssen zu verringern.
Eine Fixiereinrichtung 27 fixiert das Tonerbild auf dem Blatt thermisch. Diese Fixiereinheit 27 weist eine Heizwalze, in der als eine Wärmequelle eine Halogenlampe eingebaut ist, sowie Wärmewalzen (Stützwalzen) auf und erwärmt das Blatt zum Fixieren des Tonerbilds auf dem Blatt.
Eine Gleichmäßigkeitsverteilungsbürste 28 ist aus einem leitenden Element hergestellt. Wenn sie mit der lichtempfindlichen Trommel 20 in Kontakt ist, verteilt die Verteilungsbürste 28 die auf der lichtempfindlichen Trommel 20 verbleibenden konzentrierten Toner, um das Tonersammeln in der Entwicklungseinheit 23 zu erleichtern. Eine Wechselspannungsquelle 29 legt eine Wechselspannung an diese Gleichmäßigkeitsverteilungsbürste 28 an, um die restlichen Toner von der lichtempfindlichen Trommel 20 zu trennen und die Toner wieder auf der Trommel 20 abzulegen. Hieraus ergibt sich, dass die restlichen Toner in entsprechender Weise auf der lichtempfindlichen Trommel 20 verteilt werden. Durch dieses Verfahren wird auch eine Filmbildung der Toner vermieden.
Ferner kann eine Spannung, die größer oder gleich der Spannung ist, die zum Starten des Entladens benötigt wird, an die Bürste 28 angelegt werden, um die lichtempfindliche Trommel 20 zu entelektrifizieren, wobei in diesem Fall ein von den Restladungen gebildetes positives Bild beseitigt wird.
Eine Papierkassette 10, die Papierblätter enthält, ist am Drucker entfernbar angebracht. Diese Papierkassette 10 wird am unteren Teil des Druckers installiert und kann an der Vorderseite des Druckers eingelegt oder entfernt werden, die in 2 die linke Seite ist. Aufnahmewalzen 11 dienen zum Herausziehen von Blättern aus der Papierkassette 10. Widerstandswalzen 12 richten die führende Kante des herausgezogenen Blatts aus, wenn es auf die Walzen 12 trifft, bevor das Blatt zur Übertragungseinheit 26 geführt wird. Ausstoßwalzen 13 stoßen das Blatt nach der Bildfixierung auf eine Stapeleinrichtung 14. Die Stapeleinrichtung 14 ist oben auf dem Drucker vorgesehen, um das ausgestoßene Blatt aufzunehmen.
Auf einer Leiterplatte 15 ist eine Druckersteuerung installiert. Eine Leistungsversorgung 16 liefert Leistung an die einzelnen Abschnitte des Druckers. Ein Schnittstellenanschluss 17 ist an einem Ende mit einem externen Kabel verbunden und am anderen Ende im Drucker eingesteckt, um dort eine Steckverbindung mit der Leiterplatte 15 herzustellen. Auf einem optionalen Board 18 ist eine weitere Art einer Emulatorschaltung, ein Fontspeicher, usw. installiert.
Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. Nachdem die Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 20 von der Scolotron-Aufladungseinrichtung 21 gleichmäßig auf –650 Volt geladen wurde, wird die Bildbelichtung vom optischen Leuchtdiodensystem 22 durchgeführt, um ein elektrostatisches latentes Bild zu formen, bei dem auf der lichtempfindlichen Trommel 20 der Hintergrund auf –650 Volt und der belichtete oder Druckteil auf –50 bis –100 Volt geladen ist.
Eine Entwicklungsvorspannung (–300 Volt) wird an die Mäntel der Entwicklungswalzen 24 der Entwicklungseinheit 23 angelegt. Auf diese Weise wird das elektrostatische latente Bild in der Entwicklungseinheit 23 durch magnetische Polymerisierungstoner entwickelt, die zuvor mit einem Träger gemischt wurden, um negativ geladen zu werden, wodurch ein Tonerbild entsteht. Währenddessen wird durch die Aufnahmewalzen 11 ein Blatt aus der Papierkassette 10 gezogen und seine führende Kante mit den Widerstandswalzen 12 ausgerichtet, bevor es zur Übertragungseinheit 26 geführt wird. Das Tonerbild auf der lichtempfindlichen Trommel 20 wird durch elektrostatische Kraft von der Übertragungseinheit 26 auf das Blatt übertragen. Das Tonerbild wird durch die Fixiereinheit 27 auf dem Blatt fixiert und entlang eines U-förmigen Transportwegs transportiert, um dann durch die Ausstoßwalzen 13 auf die Stapeleinrichtung entladen zu werden.
Nach der Bildübertragung verteilt das Verteilungselement 28 die restlichen Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 20 und entfernt die Restladungen. Die restlichen Toner auf der Trommel 20 gelangen durch die Scolotron-Aufladeeinrichtung 21 und das optische Leuchtdiodensystem 22, um die Entwicklungseinheit 23 zu erreichen und werden von den Entwicklungswalzen 24 gleichzeitig damit eingesammelt, dass der nächste Entwicklungsvorgang startet. Die gesammelten Toner werden dann in der Entwicklungseinheit 23 wiederverwendet.
Weil keine Reinigungseinrichtung verwendet wird, und auch aus anderen Gründen ist dieser Drucker sehr kompakt; der Drucker in 2 ist 350 mm lang, einschließlich der Länge der Papierkassette 10, 345 mm breit und 130 mm hoch. Diesen Drucker kann man ganz leicht als einen Einzelplatzdrucker auf einem Schreibtisch aufstellen.
Außerdem kann dieser Drucker auch in eine horizontale Position gebracht werden, wobei sich die Papierkassette 10, wie in 3 gezeigt, parallel zur Aufstellungsfläche erstreckt. In dieser schematischen Darstellung ist eine Bedienkonsole 5 an der Vorderfläche des Druckers angebracht, um den Betrieb des Druckers anzuzeigen. Eine Blattführung 30 ist am distalen Ende der Stapeleinrichtung 14 vorgesehen. Diese Blattführung 30 dient zum Drücken und Ausrichten der führenden Kante des Blatts, die auf die Stapeleinrichtung 14 zu entladen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Papierkassette an der Vorderseite des Druckers eingelegt und von dort entfernt werden, und die Bedienkonsole 5 ist auch von der Vorderseite aus bedienbar. Zusätzlich wird das Blatt zur Vorderseite des Druckers hin ausgestoßen.
Wie in 4 gezeigt, ist die Bildformung in einer aufrechten Position möglich, bei der die Schnittstellenverbindung 17 des Druckers in 2 auf der Aufstelloberfläche vorgesehen ist und die Papierkassette 10 aufrecht eingesetzt wird, so dass sie zur Aufstelloberfläche senkrecht ist. Dies verringert den zum Aufstellen benötigten Platz weiter. Hier kann eine Blattandrückeinrichtung 31 auf der Stapeleinrichtung 14 vorgesehen werden, um die auf die Stapeleinrichtung ausgestoßenen Blätter anzudrücken, so dass die Blätter nicht herunterfallen, auch wenn der Drucker aufrecht steht. Wenn ein Ständer 32, wie gezeigt, auf der Aufstelloberflächenseite des Druckers vorgesehen ist, kann der Drucker auch in einer aufrechten Position stabil stehen.
Weil die Voraufladeeinrichtung 21 und die Übertragungseinheit 26 aus kontaktfreien Entladungseinrichtungen bestehen, werden auch ohne den reinigungseinrichtungsfreien Vorgang die Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 20 nicht an diesen Einheiten anhaften, so dass ein gleichmäßiges Laden und eine gleichmäßige Bildübertragung stabil durchgeführt werden können.
5 ist ein Aufbauschema der Entwicklungseinheit in 2. 6 ist ein Schnitt durch die wesentlichen Teile der Entwicklungseinheit von 5, 7 ist eine schematische Darstellung, welche die Entwicklungseinheit in 5 in einer aufrechten Position zeigt, die 8A und 8B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des Tonerversorgungsvorgangs, und 9 ist eine Kurvendarstellung des bildformenden Betriebs der vorliegenden Erfindung.
In 5 bestehen die Entwicklungswalzen 24 aus einer magnetischen Walze, die einen Metallmantel 241 hat, und bei der mehrere Magnete 240 innerhalb des Mantels angeordnet sind. Die Entwicklungswalzen 24 führen einen (noch zu beschreibenden) magnetischen Entwickler durch die Rotation des Mantels 241, wobei die Magnete 240 auf der Innenseite des Mantels befestigt sind. Die Entwicklungswalzen 24 haben einen Durchmesser von 16 mm und rotieren mit einer Geschwindigkeit (75 mm/s), die dreimal schneller als die Umfangsgeschwindigkeit der lichtempfindlichen Trommel 20 ist.
Ein Entwicklungsraum 230 ist um die Entwicklungswalzen 24 ausgebildet. Der Entwicklungsraum 230 ist mit einem 1,5-Komponenten-Entwickler gefüllt, der eine Mischung aus einem magnetischen Träger und magnetischen Tonern ist. Diese Entwicklungsraum 230 wird durch ein oberes Abteilungselement 230-1 und einen Boden 230-2 definiert und hat ein konstantes Volumen.
Wenn eine konstante Menge eines magnetischen Trägers an den Entwicklungsraum 230 geliefert wird, so wird auch die Menge des in diesem Raum 230 enthaltenen magnetischen Toners konstant. Da die Menge des Entwicklers im Entwicklungsraum 230 konstant ist, wird auch die Tonerdichte konstant, wenn die verwendeten magnetischen Toner von einem Tonervorratsbehälter 231 außen ergänzt werden. Hierdurch kann sich die Notwendigkeit zum Steuern der Tonerdichte erübrigen. Mit anderen Worten wird die Tonerdichte automatisch dadurch innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gesteuert, dass die Menge des magnetischen Trägers, die äquivalent zum Steuerungspunkt für die Tonerdichte ist, im Entwicklungsraum 230 ergänzt wird.
Weil der Entwickler, auch wenn der Drucker aufrecht steht, um die Entwicklungswalzen 24 in diesem Entwicklungsraum 230 immer vollständig vorhanden ist, wird sich der Entwickler im Entwicklungsraum 230 nicht an einem bestimmten Teil konzentrieren, wodurch eine ungenügende Versorgung der Entwicklungswalzen 24 mit Entwickler verhindert wird.
Der magnetische Träger in einem Entwickler 40 ist ein Magnetitträger einer durchschnittlichen Partikelgröße von 40 μm. Die magnetischen Toner sind polymerisierte Toner einer durchschnittlichen Partikelgröße von 7 μm. Die Polymerisierungstoner haben eine gleichmäßige Partikelgröße und eine scharfe Teilchenverteilung, so dass die Anhaftung zwischen dem Blatt und dem Tonerbild auf der lichtempfindlichen Trommel 20 im Übertragungsvorgang gleichmäßig wird. Demnach wird auch das elektrische Feld im Übertragungsabschnitt gleichmäßig, wodurch der Übertragungswirkungsgrad mehr als bei dem herkömmlichen Pulverisierungsverfahren verbessert wird. Der Übertragungswirkungsgrad ist bei den pulverisierten Tonern zwischen 60 und 90%, während der Übertragungswirkungsgrad der Polymerisierungstoner bei 90% oder darüber liegt.
Auch wenn die geeignete Tonerdichte der Toner 5 bis 60 Gewichtsprozent beträgt, wurde er bei der vorliegenden Ausführungsform auf 30 Gewichtsprozent eingestellt.
Eine Rakel 234 dient zum Einstellen der Zuführmenge des Entwicklers durch die Entwicklungswalzen 24, so dass nicht zu viel oder zu wenig Entwickler an das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 20 geliefert wird. Die Einstellung wird über den Spalt zwischen der Kante der Rakel 234 und den Oberflächen der Entwicklungswalzen 24 durchgeführt; der Spalt wird normalerweise auf ungefähr 0,1 bis 1,0 mm eingestellt.
Der Tonervorratsbehälter 231 wird lediglich mit magnetischen Tonern gefüllt und hat in sich eine Zuführwalze 232. Die Rotation der Zuführwalze 232 liefert die Toner an den Entwicklungsraum 230.
Die an den Entwicklungsraum 230 gelieferten Toner werden darin vermischt und gegen den Träger gerieben, um durch die Entwicklerzufuhrkraft der Mäntel der Entwicklungswalzen 24, die Magnetkraft der Entwicklungswalzen 24 und die Entwicklerregelungswirkung der Rakel 234 auf ein vorbestimmtes Potential einer vorgegebenen Polarität geladen zu werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Toner negativ aufgeladen, um die Aufladungssysteme des Trägers und der Toner zu steuern.
Ferner wird der Spalt zwischen dem Abteilungselement 230-1 und den Entwicklungswalzen 24 stromaufwärts von der Rakel 234 kleiner als die Spitzen der Borsten der magnetischen Bürste eingestellt, die auf den Entwicklungswalzen 24 ausgebildet ist. Beim vorliegenden Beispiel wird der Spalt a auf 2,0 mm, wie in 6 gezeigt, eingestellt. Demnach ist die magnetische Bürste auf den Entwicklungswalzen 24 durch das Abteilungselement 230-1 eingeschränkt und empfängt durch die Rotation der Entwicklungswalzen 24 eine Kraft. Hierdurch wird das Vermischen des Entwicklers im Entwicklungsraum 230 gesteigert, wodurch eine stabile Toneraufladung auch bei einem großen Toner-Dichtigkeitsbereich sichergestellt wird. Dieser Spalt wird um die Entwicklungswalzen 24 gleichmäßig eingestellt, so dass unabhängig von der aufrechten Position oder waagrechten Position des Druckers derselbe Aufladungseffekt erzielt wird.
Ein Tonerzufuhrdurchgang 235, der durch das distale Ende des Abteilungselements 230-1 und den Boden 230-2 definiert wird, ist zwischen dem Tonervorratsbehälter 231 und dem Entwicklungsraum 230 vorgesehen. Die Breite b des Tonerzufuhrdurchgangs 235 ist, wie aus 6 hervorgeht, 1,5 mm. Die Toner im Tonervorratsbehälter 231 werden entlang dem Tonerzufuhrdurchgang 235 an den Entwicklungsraum 230 geliefert.
Der Boden 230-2, der den Entwicklungsraum 230 abschließt, hat einen Fortsatz 230-3, der vom Tonervorratsbehälter 231 in den Tonerzufuhrdurchgang 235 vorsteht. Der Boden 230-2 hat eine geneigte Fläche, die sich von der Seite der lichtempfindlichen Trommel 20 nach oben erstreckt. Der Spalt c zwischen dem distalen Ende des Fortsatzes 230-3 und dem distalen Ende des Abteilungselements 230-1 ist, wie in 6 gezeigt, auf 1,0 – 1,5 mm eingestellt. Das bedeutet, dass der Boden 230-2 um diese Strecke geneigt ist. Zusätzlich wird der Abstand d zwischen dem distalen Ende des Abteilungselements 230-1 und den Entwicklungswalzen 24 auf 4,5 – 6,0 mm eingestellt.
Als Nächstes werden die Winkel der beiden Wände der Tonerkassette 25 und des Tonervorratsbehälters 231 auf ungefähr 45° bezüglich der Richtung der Schwerkraft eingestellt, wodurch sichergestellt ist, dass der Winkel des Tonerstroms auf 45° eingestellt ist. Auch wenn der Drucker aufrechtgestellt ist, wird daher, wie noch zu beschreiben ist, der Toner problemlos zugeführt.
Es folgt eine Beschreibung des Betriebs dieser Entwicklungseinheit. 5 zeigt den Zustand der Entwicklungseinheit, wenn der Drucker, wie in 3 gezeigt, in eine waagrechte Position gebracht ist, wobei die Winkel der Wände der Tonerkassette 25 und des Tonervorratsbehälters 231 auf ungefähr 45° bezüglich der Richtung der Schwerkraft eingestellt sind. Daher fließen die Toner zum unteren Ende des Tonervorratsbehälters 231, um von dort problemlos an die Zuführwalze 232 geliefert zu werden.
In dieser waagrechten Position fließen die Toner aufgrund der Schwerkraft zum unteren Ende im Tonervorratsbehälter 231, so dass die Zuführwalze 232 die Toner am unteren Ende des Tonervorratsbehälters 231 abschabt. Zu dieser Zeit stoßen die von der Zuführwalze 232 abgehobenen Toner vorübergehend an das Abteilungselement 230-1 durch den Fortsatz 230-3 des Bodens 230-2 und gelangen dann in den Tonerzufuhrdurchgang 235, wie in 8A gezeigt. Hieraus ergibt sich, dass nur Toner, die von der Tonerzuführwalze 232 geliefert werden, in den Tonerzufuhrdurchgang 235 gelangen. Der Toneranstoßteil des Abteilungselements 230-1 dient als Puffer, so dass sich die Kraft der Tonerzuführwalze 232 nicht direkt auf den Tonerzufuhrdurchgang 235 auswirkt. Hierdurch wird eine übergroße Zufuhr der Toner verhindert und lediglich die Menge von Toner hindurchgelassen, die zum Versorgen des Entwicklungsraums 230 benötigt wird.
Da der Boden 230-2 im vorliegenden Fall bezüglich der Rotationsrichtung der Entwicklungswalzen 24 geneigt ist, entlässt die magnetische Bürste der Entwicklungswalzen 24 nach dem Vorbeigelangen an der lichtempfindlichen Trommel 20 und der der Bürste entkommene Träger nicht in den Tonervorratsbehälter 231 entlang dem Tonerzufuhrdurchgang 235 durch den Boden 230-2. Es ist daher möglich zu verhindern, dass die Menge des Startträgers im Entwicklungsraum 230 weniger wird, wodurch eine stabile Bildentwicklung mit dem 1,5-Komponenten-Entwickler bewerkstelligt wird.
In dem in 7 gezeigten Zustand der Entwicklungseinheit, bei der der Drucker wie in 4 aufrecht steht, sind die Winkel der Wände der Tonerkassette 25 und des Tonervorratsbehälters 231 ebenfalls auf ungefähr 45° bezüglich der Richtung der Schwerkraft eingestellt. Auch in dieser aufrechten Position können daher die Toner problemlos an die Tonerzuführwalze 232 geliefert werden.
Bei der Betrachtung des Ruhewinkels sind die richtigen Winkel der Wände der Tonerkassette 25 und des Tonervorratsbehälters 231 ungefähr 45° ± 10° bezüglich der Richtung der Schwerkraft, um die Toner durch ihr Gewicht zuzuführen, und 45° ± 5° würden vorzugsweise gute Ergebnisse hervorbringen.
Zu dieser Zeit verbleiben die Toner auf der Seite des Tonervorratsbehälters des Abteilungselements 230-1 und fallen leicht vom Tonerzufuhrdurchgang 235 in den Entwicklungsraum 230, wie in 7 gezeigt. Der Fortsatz 230-3 des Bodens 230-2 schränkt jedoch das Herunterfallen der Toner vom Tonerzufuhrdurchgang 235, wie in 8B gezeigt, ein, so dass die Toner kaum herunterfallen würden. Mit anderen Worten hängt die Zufuhr der Toner von der Rotationskraft der Tonerzuführwalze 232 ab.
Wie in 8B gezeigt, stoßen die von der Tonerzuführwalze 232 gedrückten Toner vorübergehend an das Abteilungselement 230-1 durch den Fortsatz 230-3 des Bodens 230-2 an und gelangen dann in den Tonerzufuhrdurchgang 235. Hieraus ergibt sich, dass nur die von der Tonerzuführwalze 232 gelieferten Toner in den Tonerzufuhrdurchgang 235 gelangen. Der Toneranstoßteil des Abteilungselements 230-1 dient als ein Puffer, so dass die Kraft der Tonerzuführwalze 232 nicht direkt zum Zuführen der Toner wirkt. Hierdurch wird eine Überversorgung der Toner vermieden und nur die Tonermenge, die an den Entwicklungsraum 230 geliefert zu werden braucht, hindurchgelassen.
Das bedeutet, dass sich die an den Entwicklungsraum 230 gelieferte Tonermenge unabhängig davon, ob der Drucker in einer waagrechten Position oder in einer aufrechten Position ist, nicht ändert. Unabhängig davon, ob der Drucker in einer waagrechten Position oder in einer aufrechten Position aufgestellt wird, ändert sich daher die Tonerdichte im Entwicklungsraum 230 nicht, wodurch eine Variation der Bilddichte verhindert wird.
Wenn der Drucker in einer aufrechten Position steht, kann der Entwickler aus der Entwicklungseinheit 23 herausfallen. Da der magnetische Zwei-Komponenten-Entwickler verwendet wird, wird der Entwickler jedoch durch die Magnetkraft an den Entwicklungswalzen festgehalten, so dass der Entwickler kaum abfällt, auch wenn der Drucker aufrecht steht.
Wenn der magnetische Träger und die magnetischen Toner verwendet werden, werden insbesondere der Träger und die Toner beide von den Magnetwalzen der Entwicklungswalzen 24 gehalten, wodurch ferner verhindert wird, dass der Entwickler herunterfällt, und eine stabile Bildentwicklung auch dann sichergestellt bleibt, wenn der Drucker in einer aufrechten Position steht.
9 ist eine Kurvendarstellung, in der eine Veränderung der Druckerdichte Tc gezeigt ist, wenn das Drucken zuerst mit dem Drucker in einer waagrechten Position und dann mit dem Drucker in einer aufrechten Position durchgeführt wird.
Zunächst wurde der Drucker in einer waagrechten Position aufgestellt, es wurde eine vorbestimmte Menge Startträger in den Entwicklungsraum 230 der Entwicklungseinheit 23 eingebracht, und dann wurde die Entwicklungseinheit 23 aktiviert, um das Drucken auszuführen. Die Toner werden nach und nach an den Entwicklungsraum 230 vom Tonervorratsbehälter 231 geliefert, so dass mit einem Ansteigen der Anzahl von Ausdrucken auch die Druckerdichte größer wird. Als sich der Entwicklungsraum 230 mit Träger und Tonern gefüllt hatte, betrug die Tonerdichte 30 Gewichtsprozent. Hiernach änderte sich die Tonerdichte nicht, auch wenn die Anzahl von Ausdrucken weiter anstieg.
Unter dieser Bedingung wurde der Drucker dann aufrecht aufgestellt und das Drucken durchgeführt. Die Tonerdichte blieb gleich wie beim vorhergehenden Fall des Druckers in einer waagrechten Position. Wenn der Drucker mit dem in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 252686/1991 offenbarten Aufbau jedoch aufrecht hingestellt wird, wurde die Tonerdichte größer, wie durch einen weißen Kreis angezeigt. Das heißt, dass sich die zwischen der waagrechten Position und der aufrechten Position die Tonerdichte änderte und auch die Bilddichte änderte. Dies beweist die stabile Tonerzufuhr der vorliegenden Erfindung. Unabhängig davon, ob der Drucker in einer waagrechten oder senkrechten Position aufgestellt wird, werden die Bilder ohne eine Variation der Bilddichte ausgebildet. Die vorliegende Erfindung sieht daher eine bildformende Vorrichtung vor, die sowohl in eine waagrechte Position als auch in eine aufrechte Position gebracht werden kann, wobei dieselbe Druckqualität vorliegt.
10 ist ein Aufbauschema der wesentlichen Teile einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 ist ein erläuterndes Betriebsschema eines elektrischen Wechselfeldes gemäß der vorliegenden Erfindung, 12 ist eine Kurvendarstellung, die das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Verteilungswalze zu derjenigen der lichtempfindlichen Trommel zeigt, 13 ist eine Kurvendarstellung, die einen Entelektrifizierungseffekt der Verteilungswalze zeigt, 14 ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld bei einer normalen Temperatur zeigt, 15A ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld bei einer niedrigen Temperatur und einer niedrigen Luftfeuchtigkeit zeigt, und 15B ist eine Kurvendarstellung, die ein elektrisches Wechselfeld bei einer hohen Temperatur und einer hohen Luftfeuchtigkeit zeigt.
Wie in 10 gezeigt, besteht das Verteilungselement 28 aus einer leitenden Walze 28-1, die ein getrenntes Schaumelement aufweist. Die Walze 28-1 hat einen Widerstand von 10⁶ Ω und eine Härte von 25° (Härte nach Asker-C). Die Walze 28-1 hat einen Schaumdurchmesser von ungefähr 100 μm und hat unabhängige Schaumperforationen.
Die Walze 28-1 kontaktiert die lichtempfindliche Trommel 20 mit einer Walzenspaltbreite von 0,3 mm an beiden Enden der Walze. Während die lichtempfindliche Walze 20 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 25 mm/s rotiert, rotiert die Walze 28-1 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 30 mm/s, das heißt ungefähr 1,2 mal schneller als die Geschwindigkeit der Trommel 20. Die Rotationsrichtung der Walze 28-1 ist derjenigen der lichtempfindlichen Walze 20 entgegengesetzt.
Die Wechselstromquelle 29 legt eine sinusförmige Wechselspannung von ± 650 V an die Walze 28-1 mit einer Frequenz von 200 Hz an. Folglich werden die restlichen Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 20 in Perforationen 280 der Walze 28-1 vom elektrischen Wechselfeld, wie in 11 gezeigt, vor- und zurückbewegt. Die restlichen Toner bewegen sich daher entsprechend auf der lichtempfindlichen Trommel 20, wodurch die Tonermenge auf der Trommel 20 pro Flächeneinheit verringert wird. Diese erleichtert das Sammeln der restlichen Toner in der Entwicklungseinheit 23.
Zur gleichen Zeit werden die restlichen Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 20 von den Kantenteilen der Perforationen 280 der Walzen 28-1 abgefegt, was die Tonerbewegung leichter macht.
Ferner beginnt zwischen der Walze 28-1 und der lichtempfindlichen Trommel 20 in den Perforationen 280 der Walze 28-1 eine geringfügige Entladung, wodurch die restlichen Toner auf der Trommel 20 auf null oder negativ aufgeladen werden. Dadurch wird verhindert, dass auf der lichtempfindlichen Trommel 20 ein positives Restbild ausgebildet wird.
Da die vorliegende Walze 28-1 ein Schaumelement ist und eine bestimmte Härte hat, können zwischen der Walze 28-1 und der lichtempfindlichen Trommel 20 durch die Perforationen 280, wie in 11 gezeigt, winzige Lücken hergestellt werden. Die winzigen Lücken, in denen sich die restlichen Toner bewegen, liefern die notwendigen Entladungslücken. Es ist wünschenswert, dass die Perforationen 280 eine Größe von 50 – 150 μm im Vergleich zum Tonerdurchmesser von 7 μm aufweisen. Es ist wünschenswert, dass der Widerstand der Walze 28-1 10⁴ – 10⁸ Ω beträgt. Wenn die Härte nach Asker-C 30° oder kleiner ist, kann die notwendige Walzenspaltbreite erreicht werden, um die notwendigen Lücken durch die Perforationen 280 sicherzustellen. Da die Umfangsgeschwindigkeit der Schaumwalze 28-1 schneller als diejenige der lichtempfindlichen Trommel 20 ist, wie in 12 gezeigt, werden die restlichen Toner auf der lichtempfindlichen Trommel 20 von den Kanten der Perforationen 280 der Walze 28-1 mechanisch abgestreift. Diese mechanische Tonerverteilung zusammen mit der elektrischen Tonerverteilung verbessert dann den Effekt des Verteilens der restlichen Toner.
Die gewünschte Umfangsgeschwindigkeit der Walze 28-1 ist ungefähr 1,1 bis 1,5 mal so schnell wie diejenige der lichtempfindlichen Trommel 20, wie in den 12 und 13 gezeigt. Wenn das Umfangsgechwindigkeitsverhältnis kleiner als 1,1 ist, ist, wie in 12 gezeigt, der Tonerverteilungseffekt klein und, wie in 13 gezeigt, der Entelektrifizierungseffekt klein. Wenn das Umfangsgeschwindigkeitsverhältnis über 1,5 liegt, tritt, wie in 12 gezeigt, auf der lichtempfindlichen Trommel 20 ein Hintergrundrauschen auf. Es wird davon ausgegangen, dass dies von an der Walze anhaftenden Tonern stammt. Die richtige Walzenspalttiefe der Walze zur lichtempfindlichen Trommel 20 war 0,2mm – 0,4mm, wie in 12 gezeigt.
Da ferner die Perforationen in der Schaumwalze 28-1 voneinander unabhängig sind, so wird die Walze 28-1 mit Papierpulver nicht zugesetzt. Dementsprechend wird der Widerstand der Schaumwalze 28-1 größer, um eine Verringerung der effektiven Spannung durch ein elektrisches Wechselfeld zu verhindern. Außerdem ist es möglich zu verhindern, dass sich die Härte der Schaumwalze 28-1 ändert.
Es folgt nun eine Erörterung der Charakteristik des elektrischen Wechselfeldes. Wie in 14 gezeigt, sollte die Spitzenspannung der Wechselspannung bei einer normalen Temperatur und normalen Luftfeuchtigkeit –500 V oder mehr betragen, und die entsprechende Frequenz ist 200 Hz ± 50 Hz. Bei einer tiefen Temperatur und einer niedrigen Luftfeuchtigkeit (5°C, 10% RH), wie in 15A gezeigt, ist die entsprechende Spitzenspannung der Wechselspannung ungefähr –550 bis –750 V und die entsprechende Frequenz 200 Hz ± 50 Hz. Bei einer hohen Temperatur und einer hohen Luftfeuchtigkeit (35°C, 80% RH), wie in 15 gezeigt, ist die entsprechende Spitzenspannung der Wechselspannung ungefähr –550 bis –700 V und die entsprechende Frequenz 200 Hz ± 50 Hz. Hieraus ist ersichtlich, dass die entsprechende Spitzenspannung –650 V ± 100 V und die entsprechende Frequenz 200 Hz ± 50 Hz ist.
Da die Wellenform der Wechselspannung vom Bereich der Stromwellenform beeinflusst wird, sind eine Sinuswellenform und eine Rechteckwellenform wünschenswert.
Da die Schaumwalze 28-1 in der entgegengesetzten Richtung (in 10 nach oben) zu derjenigen der lichtempfindlichen Trommel 20 rotiert wird, fallen die Toner, auch wenn sie verstreut werden, nicht auf ein Blatt herunter, so dass das Blatt keine Flecken bekommt. Da die Umfangsgeschwindigkeit der Schaumwalze 28-1 auf 1,1 bis 1,5 mal schneller als diejenige der lichtempfindlichen Trommel 20 eingestellt ist, hat der Schaumkörper den mechanischen Tonerverteilungseffekt.
Da ferner die Frequenz des elektrischen Wechselfelds, das an das Verteilungselement 28 anzulegen ist, auf 150 Hz oder mehr eingestellt ist, können die restlichen Toner bewegt werden. Außerdem übersteigt die Frequenz dieses elektrischen Wechselfeldes 250 Hz nicht, da über diesem Pegel die Frequenz zum Bewegen der restlichen Toner zu schnell ist.
25 ist ein Blockdiagramm eines Steuerabschnitts, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und die 26 und 27 sind erläuternde schematische Darstellungen für Spannungsanlegesequenzen.
In 25 besteht eine Steuerung 50 aus einem Mikroprozessor. Dieser Steuerung 50 führt die Sequenzsteuerung der einzelnen Abschnitte der Vorrichtung zum Formen eines Bildes durch. Eine Aufladungs-/Übertragungs-Leistungsversorgung 51 erzeugt eine Voraufladungsspannung und eine Übertragungsspannung. Eine Entwicklungsvorspannungs-Leistungsversorgung 52 erzeugt eine Entwicklungsvorspannung.
Ein erster Schalter SW1 erlaubt es, dass die Spannung in Reaktion auf einen Befehl von der Steuerung 50 von der Wechselspannungsversorgung 29 an die Verteilungswalze 28 angelegt wird. Ein zweiter Schalter SW2 erlaubt es, dass die Voraufladungsspannung und die Übertragungsspannung in Reaktion auf einen Befehl von der Steuerung 50 von der Voraufladungs-/Übertragungs-Leistungsversorgung 51 an die Voraufladungseinrichtung 21 und die Übertragungseinheit 26 angelegt wird. Ein dritter Schalter SW3 erlaubt es, dass die Entwicklungsvorspannung in Reaktion auf einen Befehl von der Steuerung 50 von der Entwicklungsvorspannungs-Leistungsversorgung 52 an die Entwicklungseinheit 23 angelegt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Leistungsversorgung für die Voraufladungseinrichtung 21 und die Übertragungseinheit 26 aus einem Transformator zum Verringern der Kosten der nötigen Stromversorgungen. Mit dieser Struktur funktionieren die Voraufladungseinrichtung 21 und die Übertragungseinheit 26 gleichzeitig, so dass eine Übertragungsaufladung durch die Übertragungseinheit 26 sogar zwischen den Blättern durchgeführt wird. Hieraus ergibt sich, dass das Oberflächenpotential der lichtempfindlichen Trommel 20 an der Position zwischen Blättern auf die positive Seite verschoben wird. Hierdurch entsteht jedoch kein Problem, weil die lichtempfindliche Trommel 20 von der Verteilungswalze 28 entelektrifiziert wird.
Wenn in der Abschlusssequenz alle Stromversorgungen ausgeschaltet werden, wenn die Rotation der lichtempfindlichen Trommel 20 abgeschlossen ist, verbleiben positive Ladungen zwischen der Übertragungseinheit 26 und der Verteilungswalze 28, wie in 25 gezeigt. Es besteht keine Garantie, dass die positiven Ladungen durch den Voraufladevorgang beim nächsten Mal, da die Vorrichtung betätigt wird, vollständig vorbestimmte Ladungen werden. Daher werden die Voraufladung und die Übertragungsaufladung abgeschaltet und eine Wechselspannung an die Verteilungswalze 28 angelegt, bis der positiv geladene Teil der lichtempfindlichen Trommel 20 an der Verteilungswalze 28 vorbeigelaufen ist. Unmittelbar nachdem der positive Teil an der Verteilungswalze 28 vorbeigelaufen ist, wird das Anlegen der Wechselspannung gesperrt und gleichzeitig die lichtempfindliche Trommel 20 gestoppt. Auf diese Weise verbleibt wenigstens kein positiv geladener Teil auf der lichtempfindlichen Trommel 20.
Wie in 26 gezeigt, beginnt die Steuerung 50 mit dem Rotieren der lichtempfindlichen Walze 20 und schaltet gleichzeitig die Schalter SW1 und SW2 ein, um an die Verteilungswalze 28 eine Wechselspannung anzulegen und um an die Voraufladungseinrichtung 21 die Voraufladungsspannung und an die Übertragungseinheit 26 die Übertragungsspannung anzulegen. Nach einer Zeit t1, zu der der aufgeladene Teil der lichtempfindlichen Trommel 20 an der Entwicklungseinheit 23 ankommt, schaltet die Steuerung 50 den Schalter SW3 ein, um die Entwicklungsvorspannung an die Entwicklungseinheit 23 anzulegen. Hieraus ergibt sich, dass kein Entwicklungsvorgang stattfindet, während der ungeladene Bereich der lichtempfindlichen Trommel 20 der Entwicklungseinheit 23 gegenüberliegt. Hierdurch wird verhindert, dass Toner unnötigerweise auf der lichtempfindlichen Trommel 20 anhaften.
Bei der Beendigungssequenz schaltet die Steuerung 50 zuerst den Schalter SW2 aus, um das Anlegen der Voraufladungsspannung und der Übertragungsspannung abzuschalten. Dann schaltet die Steuerung 50 nach einer Zeit t2, zu der der Teil der lichtempfindlichen Trommel 20, der an der Voraufladungseinrichtung 21 vorbeigelangt ist, bevor das Voraufladen abgeschaltet wird, bei der Entwicklungseinheit 23 eintrifft, den Schalter SW3 aus, um das Anlegen der Entwicklungsvorspannung abzuschalten. Nach einer Zeit t3, zu der der Teil der lichtempfindlichen Trommel 20, der an der Übertragungseinheit 26 vorbeigelangt ist, unmittelbar bevor die Übertragungsspannung abgeschaltet wird, bei der Verteilungswalze 28 ankommt, schaltet die Steuerung 50 den Schalter SW1 aus, um das Anlegen der Wechselspannung abzuschalten. Gleichzeitig stoppt die Steuerung 50 die Rotation der lichtempfindlichen Trommel 20.
27 stellt die Betriebssequenz für den Fall dar, bei dem die Entwicklungsvorspannung dadurch erzeugt wird, dass die Voraufladungsspannung und die Übertragungsspannung geteilt werden. Das heißt, dass die Entwicklungsvorspannung nur dann eingeschaltet wird, wenn die Voraufladungsspannung und die Übertragungsspannung eingeschaltet sind. Dies trägt zum Verringern der Kosten der Leistungsversorgungen bei.
Diese Sequenz wird anhand von 27 erläutert. Die Steuerung 50 beginnt mit dem Rotieren der lichtempfindlichen Trommel 20 und schaltet gleichzeitig die Schalter SW1 und SW2 ein, um an die Verteilungswalze 28 eine Wechselspannung anzulegen und um an die Voraufladungseinrichtung 21 die Voraufladungsspannung und an die Übertragungseinheit 26 die Übertragungsspannung anzulegen. Nach einer Zeit t1, zu der der geladene Teil der lichtempfindlichen Trommel 20 bei der Entwicklungseinheit 23 eintrifft, schaltet die Steuerung 50 den Schalter SW3 ein, um die Entwicklungsvorspannung an die Entwicklungseinheit 23 anzulegen. Hieraus ergibt sich, dass kein Entwicklungsvorgang stattfindet, während der ungeladene Bereich der lichtempfindlichen Trommel 20 der Entwicklungseinheit 23 gegenüberliegt. Dies verhindert, dass Toner unnötigerweise auf der lichtempfindlichen Trommel 20 anhaften.
In der Abschlusssequenz schaltet die Steuerung 50 zuerst die Schalter SW2 und SW3 aus, um die Voraufladungsspannung und die Übertragungsspannung sowie auch die Entwicklungsvorspannung abzuschalten. Nach einer Zeit t3, zu der der Teil der lichtempfindlichen Trommel, der an der Übertragungseinheit 26 unmittelbar vor dem Abschalten der Übertragungsspannung an der Übertragungseinheit 26 vorbeigelangt ist, bei der Verteilungswalze 28 ankommt, schaltet die Steuerung 50 den Schalter SW1 aus, um das Anlegen der Wechselspannung abzuschalten. Gleichzeitig stoppt die Steuerung 50 das Rotieren der lichtempfindlichen Trommel 20.
Da über einen vorbestimmten Zeitraum, nachdem das Anlegen der Übertragungsvorspannung an die Übertragungseinheit 26 abgeschaltet wird, ein elektrisches Wechselfeld an das Verteilungselement 28 angelegt wird, können die überschüssigen Ladungen der Übertragungseinheit 26 beseitigt werden, bevor die Drucksequenz abgeschlossen wird. Auf diese Weise kann die nächste Drucksequenz stabil durchgeführt werden.
Es folgt eine Beschreibung einer Sequenz zur Zeit einer Papierstauerholung. 28 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer Papierstauerholungssequenz.
Eine große Menge restlicher Toner und restlicher Ladungen verbleibt auf der lichtempfindlichen Trommel 20, nachdem ein Papierstau stattgefunden hat. Um sie zu entfernen, sollten die Tonersammlung durch die Entwicklungseinheit 23 und die Entelektrifizierung durch die Verteilungswalze 28 entsprechend durchgeführt werden. Der Entelektrifizierungsvorgang der Verteilungswalze 28 und der Tonersammelvorgang der Entwicklungseinheit 23 sollten mindestens fünfmal durchgeführt werden.
Wenn, wie in 28 gezeigt, die lichtempfindliche Trommel 20 fünfmal nacheinander nach dem Start der Rotation rotiert ist, wird die Belichtung eingeleitet. Auf diese Weise wird der Einfluss der restlichen Toner und Restladungen auf der lichtempfindlichen Trommel 20 beseitigt, und die lichtempfindliche Trommel 20 kehrt zu ihrem Anfangszustand zurück. Zu dem Zeitpunkt, da der Papierstau geschieht, wird daher nicht die normale Sequenz durchgeführt. Stattdessen wird die Papierstauerholungssequenz durchgeführt, welche den Entelektrifizierungseffekt der Verteilungswalze 28 am besten nutzt, wodurch auch unmittelbar nach dem Auftreten eines Papierstaus ein Bild einer guten Qualität erzeugt wird.
Es folgt nun eine Erörterung einer Betriebssequenz zum Austauschen der Tonerkassette (Tonerkit). 29 ist ein Sequenzzeitdiagramm zur Zeit, da das Tonerkit ausgetauscht wird, und 30 ist ein Fließdiagramm für die Tonerkitaustauschsequenz.
Bei dieser Vorrichtung geschieht eine Trägerverschiebung (eine Bewegung des Trägers auf der lichtempfindlichen Trommel), wenn die Tonerdichte gering ist, der Träger in einem hochaufgeladenen Zustand ist und die Potentialdifferenz zwischen der lichtempfindlichen Trommel 20 und den Entwicklungswalzen 24 groß ist: Wenn ein Toner-Leer-Signal erzeugt wird und der Benutzer die Tonerkassette durch eine neue ersetzt, so kann es vorkommen, dass die Tonerkassette nicht richtig installiert ist. Wenn dies geschieht, werden die Toner nicht an die Entwicklungswalzen 24 geliefert und verringert sich die Tonerdichte, wodurch eine Trägerverschiebung verursacht wird.
In dieser Hinsicht sollte zu der Zeit, wenn die Tonerkassette durch eine andere ersetzt wird, die Hochspannungsleistungsversorgung, wie zum Beispiel die Voraufladungsleistungsversorgung eingeschaltet werden, nachdem bestätigt wurde, dass die Zuführwalze 232 die Oberfläche des Leer-Sensors berührt hat und der Pegel des Ausgangssignals des Leer-Sensors größer oder gleich einem bestimmten Pegel ist.
Mit anderen Worten wird die erwähnte Hochspannung, wie zum Beispiel die Voraufladungsspannung, erst dann angelegt, wenn die Toner mit Sicherheit ersetzt sind und die Tonerdichte auf ein bestimmtes Niveau angestiegen ist. Daher wird, wenn die Tonerdichte abfällt, kein elektrisches Feld erzeugt, so dass die Trägerverschiebung nicht stattfindet.
Wie in 29 gezeigt, beginnt die lichtempfindliche Trommel 20 nach dem Austauschen der Tonerkassette zu drehen, um die Zuführwalze 232 einmal zu drehen. Wenn die Zuführwalze 232 mehr als eine Umdrehung vollführt hat, wird das Ausgangssignal des Toner-Leer-Sensors gelesen. Wenn aus dem Austauschsignal des Toner-Leer-Sensors hervorgeht, dass die Tonermenge größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, wird die Hochspannungsleistungsversorgung eingeschaltet bzw. werden die Voraufladungsspannung und die Übertragungsspannung freigeschaltet. Daher werden, wenn die Tonerkassette durch eine andere ersetzt wird, die Zustände der Vorrichtung überprüft, bevor eine Hochspannung angelegt wird. Diese Betriebssicherheitssequenz verbessert die Zuverlässigkeit der Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann wie folgt auf verschiedenste Weise modifiziert werden.
Erstens: Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform ein 1,5-Komponenten-Entwickler mit einer Kombination des magnetischen Trägers und magnetischer Toner als Entwickler verwendet wird, können die magnetischen Toner auch alleine als der Entwickler eingesetzt werden. In diesem Fall werden die magnetischen Toner vermischt, um von der Tonerzuführwalze 232 in den Tonervorratsbehälter 231 geladen zu werden. Daher wird die Tonerzuführwalze 232 zu einer Rührvorrichtung. Zweitens: Obwohl nur die Mäntel der Entwicklungswalzen 24 rotiert werden, können die Magnetwalzen ebenfalls rotiert werden. Drittens: Obwohl das optische Leuchtdiodensystem als ein Bildbelichtungsabschnitt erläutert wurde, kann auch ein optisches Lasersystem, ein optisches System mit einem Flüssigkristallverschluss, ein Elektrolumineszenzoptiksystem usw. ebenfalls verwendet werden. Viertens: Obwohl der bildformende Mechanismus bei der obigen Beschreibung der Ausführungsform als ein elektrofotografischer Mechanismus beschrieben wurde, können auch andere bildformende Mechanismen (wie zum Beispiel ein elektrostatischer Aufzeichnungsmechanismus), der ein Tonerbild auf ein Blatt überträgt, ebenfalls eingesetzt werden, und die Blätter sind nicht auf Papier eingeschränkt, sondern es können auch andere Typen von Medien verwendet werden. Ferner ist der lichtempfindliche Körper nicht auf den Typ einer Trommel eingeschränkt, sondern kann auch ein Endlosband sein. Fünftens: Obwohl die vorliegende Erfindung als eine Druckvorrichtung beschrieben wurde, kann es sich auch um einen anderen Typus einer bildformenden Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Kopiermaschine oder eine Faxmaschine handeln.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann in verschiedenster Weise modifiziert werden, ohne dass dadurch vom Geist und vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. Daher sollen die vorliegenden Beispiele und die Ausführungsform lediglich als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung verstanden werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier gegebenen Einzelheiten eingeschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden.
Wenn eine Wechselspannung an das Verteilungselement angelegt wird, können die Toner unter Zwang bewegt werden und besser verteilt werden. Es ist daher möglich, die konzentrierten restlichen Toner zu verteilen und das Sammeln der restlichen Toner in der Entwicklungseinheit zu erleichtern. Wegen der an das Verteilungselement gelegten Wechselspannung ist es auch möglich, die Restladungen auf dem Latentbildträger gleichzeitig mit der Tonerverteilung zu entelektrifizieren.

Claims

Bildformende Vorrichtung zum Formen eines Bildes auf einem Blatt mit: – einem rotierenden, endlosen Latentbildträger (20), – einer Bildformungseinrichtung (22) zum Formen eines elektrostatischen latenten Bildes auf dem Latentbildträger, – einer Entwicklungseinrichtung (23) zum Entwickeln des elektrostatischen latenten Bildes auf dem Latentbildträger mit einem Pulverentwickler und zum gleichzeitigen Sammeln restlichen Toners auf dem Latentbildträger, – einer Übertragungseinrichtung (26) zum Übertragen des auf dem Latentbildträger entwickelten Bildes auf ein Blatt und – einer Verteilungsrolle (28), die eine aus einem Schaumelement hergestellte leitende Rolle (28-1) ist, zum Verteilen restlichen Toners auf dem Latentbildträger, wenn in Kontakt mit dem Latentbildträger nach der Bildübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle auf ihrer Oberfläche unabhängige Schaumperforationen zum Fegen der restlichen Toner von dem Latentbildträger hat.
Bildformende Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Spannungsversorgungseinrichtung (29) zum Versorgen des Verteilungselements mit einer Wechselspannung aufweist.
Bildformende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Spannungsversorgungseinrichtung (29) das Verteilungselement (28) mit einer Wechselspannung einer Frequenz von 150 bis 250 Hz versorgt.
Bildformende Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Rolle einen Widerstand von 10⁴ Ω bis 10⁸ Ω und eine Härte nach ASKER-C von 30° oder weniger hat und die Perforationen eine Größe von 50 μm bis 150 μm haben.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Rolle (28-1) in einer zur Rotationsrichtung des Latentbildträgers entgegengesetzten Richtung rotiert.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Rolle (28-1) mit einer 1,1 bis 1,5 mal schnelleren Periphärgeschwindigkeit als die Periphärgeschwindigkeit des Latentbildträgers (20) rotiert.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Spannungsversorgungseinrichtung (29) zur Versorgung des Verteilungselements (28) mit einer Spannung gleich der oder höher als die zum Start des Entladens erforderliche Spannung angepaßt ist.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein zwischen dem Verteilungselement (28) und der Übertragungseinrichtung vorgesehenes Papier/Pulverentfernungselement (30) zum Entfernen von Papierpulver auf dem Latentbildträger (20) aufweist.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein elastisches Element (33) aufweist, das zwischen dem Verteilungselement (28) und der Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, wobei das elastische Element (33) den Latentbildträger kontaktiert.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit einem an einer Seite des Verteilungselements (28) näher an der Bildformungseinrichtung vorgesehenen Streuungsverhinderungselement (32-1) zum Verhindern des Streuens von restlichem Toner.
Bildformende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit einer Steuerungseinrichtung (50) zum Stoppen des Anlegens einer Wechselspannung an das Verteilungselement (28), wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Stoppen des Anlegens eines elektrischen Feldes an die Übertragungseinrichtung vergeht.